專利名稱：控制電機的方法和相應(yīng)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制一個電機的方法和一種相應(yīng)的控制裝置。在控制電機的方法中一般會使用一個控制單元。根據(jù)有利方案，該控制單元可以被參數(shù)化。其具有例如一個電流控制器、一個速度控制器或一個其他輔助控制器?？梢酝ㄟ^至少一個參數(shù)將這些控制器中的至少一個控制器參數(shù)化?？刂破骶哂欣绺鞣N不同的控制元件，如P元件(放大元件)、D元件(微分元件)、I元件(積分元件)等。這些控制元件具有參數(shù)，例如放大系數(shù)P、微分時間常數(shù)TD或積分時間常數(shù)Ti。這些限時元件、放大系數(shù)和/或時間常數(shù)是對所述參數(shù)的舉例。
背景技術(shù)：
所述電機的用途是例如移動一個機器零件。該機器零件例如是一個機床、專用機床或自動操作裝置的一個零件。但其也可以是所述電機本身的一個零件，例如是一個旋轉(zhuǎn)電機的一個轉(zhuǎn)子或者是一個線性電動機的一個初級部分或次級部分。在一個線性電動機中，初級部分和次級部分中一般只有一個可以做直線運動。多數(shù)情況下，帶有永磁體的次級部分是固定的，而帶有至少一個可加載電流的線圈的初級部分可以做直線運動。
因此，所述電機是一個旋轉(zhuǎn)電機或一個線性電動機。當(dāng)所述電機為一旋轉(zhuǎn)電機時，被移動的機器零件例如由電機直接驅(qū)動或通過一個傳動機構(gòu)，或者更準確地說是通過一種諸如此類、具有傳動功能的部件(例如齒輪帶)帶動起來。
電機所做運動(直線或旋轉(zhuǎn))取決于該活動機器零件的位置。例如取決于機器零件位置的摩擦系數(shù)就是一個約束條件。在一個線性電動機或一個永磁同步旋轉(zhuǎn)電機中，線性電動機次級部分或轉(zhuǎn)子上的永磁體也可以具有不同的磁化程度。這里所說的磁化程度也是一個約束條件。不同程度的磁化會產(chǎn)生不同大小的電磁力EMK(elektromagnetische Kraft)。當(dāng)所述電機為一線性電動機時，例如由于下述原因也會產(chǎn)生不同大小的電磁力EMK，即，初級部分滑到次級部分的一個部分上，且該部分裸露在一個對次級部分具有保護作用的遮蓋物外面。
在現(xiàn)有技術(shù)中，電機的控制單元通常采用這樣的控制參數(shù)，即，無論電機位置如何，借助這些參數(shù)都可以實現(xiàn)對電機的最佳控制。其結(jié)果是，沒有一個活動機器零件位置或者只在少數(shù)幾個活動機器零件位置上，才能夠在控制方面將電機最佳地控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在控制電機方面提供一種有所改進的控制方案。
本發(fā)明的目的通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的方法和一種具有權(quán)利要求7所述特征的裝置而達成。從屬權(quán)利要求2至6和8所涉及的是本發(fā)明的有利改進方案。
在一種控制一個電機的方法中，一個控制單元具有一個可以被參數(shù)化的速度控制器和一個可以被參數(shù)化的輔助控制器，所述電機用于改變一個活動機器零件的位置，其中，探測所述活動機器零件的位置，并根據(jù)所述活動機器零件的位置修改所述速度控制器的一個參數(shù)和/或所述輔助控制器的至少一個參數(shù)，作為活動機器零件的位置參數(shù)。
所述活動機器零件例如是一個機床的一個零件(例如一個銑削頭)、一個專用機床的一個零件(例如一個塑料注射成型機上的一個螺旋輸送器)或一個自動操作裝置的一個零件(例如一個夾鉗)。所述活動機器零件也可以是一個旋轉(zhuǎn)電機的一個轉(zhuǎn)子或者是一個線性電動機的一個初級部分。
根據(jù)對一個驅(qū)動過程——也就是驅(qū)動一個機器零件從而使其位置發(fā)生變化——的要求，使電機的速度控制器或另一個控制器用可變的、與一個移動位置(Verfahrposition)相匹配的參數(shù)工作是有利的。因此，一個控制器的至少一個參數(shù)具有一種位置相關(guān)性。當(dāng)所述電機為一旋轉(zhuǎn)電機時，所述速度控制器是一個轉(zhuǎn)速控制器。上文所述的、至少一個參數(shù)發(fā)生變化的有利情況對于一個位置控制回路而言也是有利的。位置控制回路的作用是控制一個活動機器零件的位置。通過根據(jù)活動機器零件的位置修改至少一個參數(shù)，可以避免下述情況的發(fā)生，即，必須選出一個平均參數(shù)組作為對一個需要控制的距離的所有要求的共同折衷方案。
通過一個位移測量系統(tǒng)可以測出所述活動機器零件的例如一個移動位置。測得的移動位置用于調(diào)整至少一個控制器參數(shù)。該控制器參數(shù)優(yōu)選是一次移動運動的某一個位置的一個最佳值。這樣就不需要在一整段移動行程上用唯一的一個參數(shù)組來滿足對一個控制器及其控制響應(yīng)的不同要求。所述移動行程例如是線性電動機的初級部分相對于線性電動機的次級部分所行進的行程。此外，移動行程還可以是一個旋轉(zhuǎn)式電動機(也是一個旋轉(zhuǎn)電機)的轉(zhuǎn)子所做的360°旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)一種有利的設(shè)計方案，所述輔助控制器是下列控制器類型中的至少一種位置控制器、拉力控制器、力矩控制器和/或先導(dǎo)控制器。其中，先導(dǎo)控制器是一個控制電路，既可以設(shè)計成閉環(huán)控制電路，也可以設(shè)計成開環(huán)控制電路。
另一種有利的設(shè)計方案是將所述電機設(shè)計成一個線性電動機。所述線性電動機具有一個初級部分和一個次級部分，其中，初級部分和次級部分中有一個是所述線性電動機的一個活動零件。根據(jù)所述活動零件的位置修改速度控制器的至少一個參數(shù)和/或輔助控制器的至少一個參數(shù)。當(dāng)線性電動機具有一個帶有一遮蓋物的次級部分，并且該遮蓋物并未蓋住整個次級部分時，電磁力EMK會根據(jù)下述情況而發(fā)生變化，即，次級部分在初級部分所處的位置上是否具有遮蓋物。由于電磁力EMK的變化與位置相關(guān)，因此可以根據(jù)下述情況對線性電動機的速度控制器或輔助控制器的至少一個參數(shù)進行調(diào)節(jié)，即，初級部分是否處于一個所述次級部分具有遮蓋物的區(qū)域，或者初級部分是否處于一個所述次級部分不具有遮蓋物的區(qū)域中。所述參數(shù)例如是有關(guān)電磁力EMK的參數(shù)。
另一種有利的設(shè)計方案是用一個函數(shù)或者一個表格來修改一個控制器的參數(shù)。所述函數(shù)是一個有關(guān)位置的函數(shù)。這個位置涉及的是例如一個線性電動機的初級部分的位置、一個旋轉(zhuǎn)電機的一個轉(zhuǎn)子的位置或者一機器上的一個機器零件的位置，其中，所述機器例如是一個專用機床、機床或自動操作裝置。所述機器零件的位置之所以重要，是因為不同位置會產(chǎn)生不同的摩擦系數(shù)，這樣就可以用所述控制器的例如一個參數(shù)來平衡在一次移動運動(Verfahrbewegung)的某些區(qū)域中出現(xiàn)的較大摩擦。如果借助一個表格來修改一個控制器(例如速度控制器和/或輔助控制器)的一個或多個參數(shù)，就要在所述表格中對位置和與之對應(yīng)的參數(shù)進行一一配位。
通過使用一個函數(shù)或一個足夠詳細的表格還可以避免發(fā)生由于參數(shù)改變而產(chǎn)生的突振現(xiàn)象。借助所述函數(shù)和/或所述表格可以達到均衡地修改參數(shù)的目的。這一點有助于避免其中一個控制器的一個輸出信號發(fā)生躍變。
本發(fā)明的一種有利的設(shè)計方案是通過初始化(Referenzfahrt)電機來測定與位置相關(guān)的參數(shù)。通過在一個基準時間(Referenzzeit)內(nèi)所進行的這種初始化可以記錄電機的性能。在初始化過程中例如可以測量永磁體所引起的磁場。在初始化過程中或在初始化之后，根據(jù)在初始化過程中所測定的磁場強度生成一個表格或一個函數(shù)，所述表格或函數(shù)中包含了如下信息，即，在所述活動機器零件的哪個位置上可以對一個控制單元的一個特定的參數(shù)值進行調(diào)整。為此已事先算出必要的參數(shù)值。
根據(jù)另一種有利的設(shè)計方案，所述參數(shù)是一個與所述機器零件的位置相關(guān)的物理參數(shù)，該物理參數(shù)主要是一個磁場參數(shù)。所述物理參數(shù)根據(jù)所述機器零件的位置而測得。一個或多個控制器的參數(shù)與所述機器零件的位置具有相關(guān)性。這一點可以如上文所述通過一個函數(shù)或一個表格而達成。其中的相關(guān)性所涉及的是與所述物理參數(shù)的相關(guān)性，這樣，根據(jù)所述物理參數(shù)的值修改一個或多個控制器的一個或多個參數(shù)。如上文所述，物理參數(shù)是一個例如涉及到由永磁體所引起的磁場的參數(shù)。由于永磁體并非總是具有均勻的磁化程度，因而如果不修改控制器參數(shù)，就會產(chǎn)生一種對于很多應(yīng)用領(lǐng)域而言不利的電機性能，因為電機在機器零件的位置的影響下，即使對相同的電流強度和相同的頻率也會產(chǎn)生不同的反應(yīng)。例如由于下述情況也會產(chǎn)生一個不同大小的電磁力EMK，即，一個線性電動機的一個次級部分在某個移動段(Verfahrabschnitt)上具有一個遮蓋物，而在另一個例如機床床的維護服務(wù)或工具更換的移動段上不具有遮蓋物。所述遮蓋物有利地為磁性物質(zhì)，并自動地附著在次級部分上。
除了一種控制電機的方法外，本發(fā)明還涉及一種控制電機的裝置。所述控制裝置具有一個可配置的速度控制器和/或一個可配置的輔助控制器。所述輔助控制器例如是一個位置控制器、拉力控制器或力矩控制器。此外，所述輔助控制器也可以是一個先導(dǎo)控制器(Vorsteuerung)。所述電機用于改變一個活動機器零件的位置。例如所述電機的一個零件，如一個線性電動機的初級部分或一個永磁同步旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子就是這樣一個活動機器零件。這里所說的機器零件也可以是一個機床床上的一個可以借助一傳動機構(gòu)由所述電機驅(qū)動的工具。所述機器零件的位置可以由一個位移傳感器探測?？梢愿鶕?jù)所述活動機器零件的位置修改所述速度控制器的至少一個參數(shù)和/或所述輔助控制器的至少一個參數(shù)。由此可以產(chǎn)生上文所述的各個優(yōu)點。此外，所述控制裝置還可用于實施上文所述的控制電機的方法。
控制電機的裝置可以是一個NC控制器、CNC控制器、SPS控制器、個人電腦(PC)或諸如此類的控制裝置。在一個具有一個電機和一個變流器的驅(qū)動裝置中，上述控制裝置也可以整合在開環(huán)或閉環(huán)變流器的調(diào)控裝置中。


下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例進行說明，其中圖1為一個線性電動機的示意圖，并且該線性電動機帶有一個用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的控制單元；圖2為轉(zhuǎn)速控制的一個實施例圖，轉(zhuǎn)速控制和位置控制組合在一起，起到一個輔助控制器的作用。
具體實施例方式
圖1所示的示意圖顯示的是一個控制單元1?？刂茊卧?可以整合在例如一個專用機床、機床或自動操作裝置中。圖1沒有顯示這樣的機床或自動操作裝置?？刂茊卧?可以控制一個變流電路3。變流電路3的用途是為一個在實施例中以一個線性電動機5的形式出現(xiàn)的電機加載電流。與已知的線性電動機一樣，所述線性電動機5也具有一個初級部分7和一個次級部分8。初級部分7可以在運動方向23和24上移動。除此之外，圖中還顯示了一線性刻度11和一個位移傳感器13。在線性電動機的一個能量傳遞交接點上，也就是在初級部分7和次級部分8之間的一個氣隙區(qū)域內(nèi)，有一個傳感器15，這個傳感器的用途是測量帶有永磁體的次級部分8的磁場。次級部分8還具有一個遮蓋物10，但該遮蓋物并未蓋住整個次級部分8。為清楚起見，圖1沒有顯示其他常用于電機或線性電動機的記錄速度的傳感器(例如速度傳感器)。但也可以例如在傳感器15中直接從所述磁場的時間特性曲線得到要探測的速度。這種做法的優(yōu)點是，當(dāng)一個電機或一個初級電機上已經(jīng)有這樣一個傳感器時，這個傳感器也可以同時用作位移傳感器。位移傳感器13和傳感器15通過一根數(shù)據(jù)電纜與控制單元1相連。特別地又為速度控制、位置控制和/或電流控制而設(shè)的控制單元1至少從傳感器15所提供的數(shù)據(jù)中獲得一個用于上述控制中的至少一種控制的參數(shù)。對線性電動機5進行控制時例如還需要一個電流信號。該電流信號由一個電流互感器19提供。電流互感器19用于測量變流電路3通過一根電線14加載在初級部分7上的電流。
控制單元1具有一個存儲器21。存儲器21中存儲的主要是有關(guān)電磁力EMK的參數(shù)。在線性電動機5的一個初始化過程中，初級部分在所述的兩個運動方向23、24中的至少一個方向上移動。在所述初始化過程中，傳感器15探測測量數(shù)據(jù)。這些測量數(shù)據(jù)被處理成至少一個參數(shù)。這個參數(shù)被存儲下來，用來對電機，也就是線性電動機進行控制。
圖2顯示的是一個繞線器44的控制線路圖。繞線器44上可以纏繞一個材料帶40。繞線器44可以由一個電機6驅(qū)動。由一個位移傳感器13探測電機6所做的旋轉(zhuǎn)運動。電機6的控制裝置具有一個轉(zhuǎn)速控制器26和一個電流控制器27。電流控制器27向一個變流電路3提供一個電流信號。變流電路3是一個用于使電機6運轉(zhuǎn)的能源部分。此外，圖2所示的控制線路圖還具有一個位置控制器28。位置控制器28有一個由一個位置實際值41和一個位置給定值42所形成的差值作為輸入信號。位置控制器28和轉(zhuǎn)速控制器26都具有參數(shù)。通過一個函數(shù)35可以向位置控制器28輸送一個參數(shù)33。在函數(shù)35中，一個位置對應(yīng)著一個參數(shù)值。這樣，通過輸入一個位置信號29就可以選出參數(shù)33。通過一個表格37選出轉(zhuǎn)速控制器26的參數(shù)31。輸入一個已知的位置信號29后，可以從表格37中選出一個已被存儲下來的參數(shù)值31，其中，選定的參數(shù)值供轉(zhuǎn)速控制器使用。位移傳感器的信號和位置控制器28的輸出信號都可以用作轉(zhuǎn)速控制器的輸入信號。
權(quán)利要求
1.一種控制一個電機(5)的方法，其中，一個控制單元(1)具有一個可以被參數(shù)化的速度控制器(26)和/或一個可以被參數(shù)化的輔助控制器(28)，所述電機(5)用于改變一個活動機器零件(7，8)的一個位置，其中，探測所述活動機器零件(7，8)的位置(29)，其特征在于，根據(jù)所述活動機器零件(7，8)的位置(29)修改所述速度控制器(26)的至少一個參數(shù)(31)和/或所述輔助控制器(28)的至少一個參數(shù)(33)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輔助控制器(28)是下列控制器類型中的至少一種位置控制器，拉力控制器，力矩控制器，先導(dǎo)控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述電機(5)為一個線性電動機(5)，其中，所述線性電動機(5)具有一個初級部分(7)和一個次級部分(8)，其中，所述初級部分(7)和所述次級部分(8)中有一個是所述線性電動機(5)的活動機器零件，根據(jù)所述活動機器零件的位置修改所述速度控制器(26)的至少一個參數(shù)(31)和/或所述輔助控制器(28)的至少一個參數(shù)(33)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，根據(jù)一個函數(shù)(35)或者一個表格(37)來修改所述參數(shù)(31，33)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過初始化所述電機(5)來測定與所述活動機器零件的位置相關(guān)的參數(shù)(31，33)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述機器零件(7，8)的位置(29)測出一個物理參數(shù)，所述物理參數(shù)主要為一個磁場參數(shù)，根據(jù)所述機器零件(7，8)的位置(29)和所述物理參數(shù)修改一個控制器的參數(shù)(31，33)。
7.一種控制一個電機(5)的裝置，其中，所述控制裝置具有一個可以被參數(shù)化的速度控制器(26)和一個可以被參數(shù)化的輔助控制器(28)，所述電機(5)用于改變一個活動機器零件(7，8)的一個位置，其中，所述活動機器零件(7，8)的位置可以被探測到，其特征在于，可以根據(jù)所述活動機器零件(7，8)的位置(29)修改所述速度控制器(26)的至少一個參數(shù)(31)和/或所述輔助控制器(28)的至少一個參數(shù)(33)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置用于實施權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制一個電機(5)的方法，其中，一個控制單元(1)具有一個可以被參數(shù)化的速度控制器(26)和一個可以被參數(shù)化的輔助控制器(28)，所述電機(5)用于改變一個活動機器零件(7，8)的位置，其中，探測所述活動機器零件(7，8)的位置(29)，且根據(jù)所述活動機器零件(7，8)的位置(29)修改所述速度控制器(26)的至少一個參數(shù)(31)和/或所述輔助控制器(28)的至少一個參數(shù)(33)。
文檔編號G05B13/02GK1853146SQ200480026432
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月15日
發(fā)明者托馬斯·霍庇, 蒂伯爾·塞雷斯 申請人:西門子公司